Los ingenieros de UC Berkeley unieron proteínas de "punta" del SARS-CoV-2 a la superficie de los liposomas, creando imitaciones de laboratorio del virus mortal llamados "liposomas de punta", que, cuando se combinan con una nueva técnica de patrón de ADN, podrían permitir eficiente pruebas de terapias con anticuerpos. Esta imagen de microscopio de su técnica muestra que la mezcla de liposomas en punta (arriba a la derecha, etiquetados con proteína fluorescente verde) con el receptor ACE2 (abajo rojo, etiquetado con proteína fluorescente roja), da como resultado una combinación de ambas proteínas (izquierda), lo que indica que su Los liposomas en punta se unen al receptor ACE2 de la misma manera que el virus SARS-CoV-2. Crédito:Molly Kozminsky
Los liposomas pueden ser los héroes anónimos de la pandemia de COVID-19. Sin la protección de estas vesículas microscópicas, las delicadas hebras de ARN mensajero (ARNm) que se encuentran en el corazón de las vacunas contra el COVID-19 de Pfizer y Moderna serían destruidas rápidamente por las enzimas del cuerpo, lo que haría casi imposible que sus instrucciones genéticas se transmitieran. llegar al interior de las células humanas.
Pero la administración de vacunas no es la única forma en que estas partículas pueden usarse en la batalla contra el COVID-19. En un nuevo estudio, un equipo de ingenieros de la Universidad de California, Berkeley, adjuntó proteínas de "punta" de SARS-CoV-2 a la superficie de los liposomas, creando imitaciones de laboratorio del virus mortal que los investigadores llaman "liposomas de punta". ." Estos picos de liposomas se pueden usar para probar la eficacia de los anticuerpos neutralizantes que podrían usarse para tratar a los pacientes con COVID-19.
El estudio también demuestra cómo una nueva técnica de patrones de ADN, desarrollada por el equipo el año pasado, puede ayudar a los científicos a caracterizar y realizar experimentos rápidamente en una variedad de diferentes tipos de liposomas y sus primas, las nanopartículas de lípidos.
"Las nanopartículas de lípidos son realmente relevantes para una serie de aplicaciones biomédicas:se han utilizado en la administración de fármacos durante décadas y también pueden servir como modelos de virus que tienen membranas en el exterior, incluidos los coronavirus", dijo la autora principal del estudio, Molly Kozminsky. , becario postdoctoral en el Laboratorio de Investigación Sohn en UC Berkeley. "De hecho, desarrollamos estos liposomas en punta porque queríamos probar un nuevo método de diagnóstico de COVID-19 que estábamos desarrollando en el laboratorio. Pero primero, necesitábamos una forma de validar que estas partículas mostraban la proteína en punta del SARS-CoV-2 correctamente, y nos dimos cuenta de que nuestra técnica de patrones de ADN nos permitiría hacer este y otros experimentos emocionantes de una manera muy eficiente".
Los liposomas son pequeños vasos esféricos construidos con membranas lipídicas muy similares a las que encierran la mayoría de las células biológicas. Y, de la misma manera que las membranas de las células biológicas están salpicadas de una variedad de proteínas que ayudan a la célula a interactuar con el mundo exterior, los investigadores han aprendido a unir diferentes tipos de proteínas en las membranas de los liposomas, dando a las partículas diferentes funciones y habilidades.
El entusiasmo por los liposomas ha sido más pronunciado en la industria farmacéutica, donde los fabricantes de medicamentos han experimentado al equipar los liposomas con proteínas que solo interactúan con células muy específicas del cuerpo, lo que les permite dirigir la administración de moléculas de fármacos solo a los tejidos donde se necesitan. Como señala Kozminsky, los liposomas también se pueden usar para crear modelos simples de virus y otros patógenos que tienen membranas lipídicas, incluido el SARS-CoV-2.
La tecnología de patrones dirigidos por ADN desarrollada por Sohn Lab se puede utilizar para muchos experimentos relevantes para el estudio del SARS-CoV-2. Aquí se muestra el patrón dirigido por ADN para probar si los anticuerpos neutralizantes interfieren con la capacidad del receptor ACE para unirse a los liposomas en punta que se crearon utilizando la proteína en punta de dos variantes diferentes del virus SARS-CoV-2. Crédito:Molly Kozminsky
Sin embargo, los investigadores primero deben verificar que las proteínas liposómicas puedan interactuar adecuadamente con su entorno. Por ejemplo, la proteína espiga del SARS-CoV-2 se une a las proteínas de las células humanas llamadas receptores ACE2, lo que desencadena una serie de eventos que permiten que el virus se fusione con la célula.
"Para los liposomas en punta, queríamos asegurarnos de que la proteína en punta que pusimos en la superficie del liposoma tuviera la configuración correcta para permitir que se uniera a los receptores ACE2", dijo Kozminsky. "Si ese fuera el caso, entonces la forma en que se formulan estos liposomas en punta probablemente también modelaría la forma en que la proteína en punta del virus SARS-CoV-2 interactúa con las células, los anticuerpos y otras proteínas".
Kozminsky se dio cuenta de que la técnica de impresión de ADN, que fue desarrollada originalmente por el laboratorio Sohn para "imprimir" diferentes tipos de células en patrones que modelan tejidos biológicos, también podría usarse para verificar rápidamente que los liposomas en punta presentaban el SARS-CoV. -2 aumentar la proteína correctamente.
"Sabíamos que primero teníamos que probar los liposomas, y cuando observamos todas las formas en que tendríamos que validar los liposomas, descubrimos que las técnicas eran algo arduas", dijo Kozminsky. "Nos dimos cuenta de lo fácil que sería usar nuestra tecnología de impresión dirigida por ADN".
Para realizar el experimento, Kozminsky imprimió los liposomas en punta en un portaobjetos y luego los etiquetó con una proteína fluorescente verde. Luego lavó el portaobjetos con proteínas receptoras ACE2 que habían sido marcadas con una proteína fluorescente roja. Cuando tomó imágenes de la diapositiva, descubrió que la mayor parte brillaba en rojo, lo que indicaba que las proteínas del receptor ACE2 se estaban uniendo a los liposomas en punta en la diapositiva. Luego, Kozminsky repitió el experimento con células que expresan el receptor ACE2, demostrando que ellas también podían unirse a los liposomas en punta.
Para mostrar cómo se podrían usar los liposomas en punta para probar la eficacia de los tratamientos con COVID-19, Kozminsky creó dos tipos diferentes de liposomas en punta, cada uno con una variante diferente de la proteína en punta del SARS-CoV-2. Después de usar la impresión de ADN para modelarlos en portaobjetos de microscopio, lavó los portaobjetos con tres tipos diferentes de anticuerpos neutralizantes disponibles en el mercado contra variantes de la proteína de punta del SARS-CoV-2. Luego probó si la presencia de estos anticuerpos neutralizantes impidió con éxito que las proteínas del receptor ACE2 se unieran a los liposomas en punta y descubrió que los resultados eran consistentes con los informados por los fabricantes de anticuerpos.
"Lo realmente interesante de esta técnica es que tiene un rendimiento muy alto, lo que significa que se pueden realizar experimentos utilizando muchas combinaciones diferentes de liposomas a la vez", dijo la autora principal del estudio, Lydia Sohn, presidenta de Almy C. Maynard y Agnes Offield Maynard. en Ingeniería Mecánica en UC Berkeley. "Entonces, por ejemplo, las compañías farmacéuticas podrían usar esta técnica para probar muy rápidamente qué anticuerpos funcionarán de manera más efectiva contra una variante particular del SARS-CoV-2. O podría usarse para detectar nuevas proteínas para la administración específica de medicamentos, para hacer seguro de que esa proteína se dirige a tipos de células particulares en el cuerpo. Realmente agrega una nueva estrategia para combatir este virus". Los investigadores demuestran un enfoque de vacunación en ratones que podría prevenir futuros brotes de coronavirus
